|
Марс может стать ключом к раскрытию тайны темной материи
|
|
|
|
Физики из Массачусетского технологического института (MIT) предложили новый способ поиска свидетельств существования первичных черных дыр и темной материи, одной из самых неуловимых загадок Вселенной: наблюдение за движением Марса. В случае успеха новый подход может стать убедительным доказательством давно предполагаемого существования микроскопических черных дыр, согласно результатам, подробно изложенным в новом исследовании.
|
|
|
|
“Учитывая десятилетия прецизионной телеметрии, ученые знают расстояние между Землей и Марсом с точностью около 10 сантиметров”, - сказал автор исследования и профессор физики Массачусетского технологического института доктор Дэвид Кайзер в пресс-релизе. “Мы используем преимущества этой хорошо оснащенной области космоса, чтобы попытаться добиться небольшого эффекта”.
|
|
|
|
“Если мы это увидим, это будет считаться реальной причиной продолжать развивать эту восхитительную идею о том, что вся темная материя состоит из черных дыр, которые возникли менее чем за секунду после Большого взрыва и вращались по Вселенной в течение 14 миллиардов лет”.
|
|
|
|
В статье, недавно опубликованной в журнале Physical Review D, исследователи предполагают, что едва заметные изменения орбиты Марса могут стать первым физическим свидетельством существования первичных черных дыр и дать представление о таинственной природе темной материи.
|
|
|
Первичные черные дыры (PBH) - это гипотетические черные дыры, которые, как полагают, образовались в экстремальных условиях ранней Вселенной. В отличие от массивных черных дыр, которые образуются из умирающих звезд, эти микроскопические черные дыры могут иметь массу размером с астероид и составлять от 10^ 17 до 10^ 23 граммов (примерно с массу горы). Считается, что, несмотря на свои крошечные размеры, первичные черные дыры обладают огромной плотностью, искривляющей пространство-время в их окрестностях.
|
|
|
|
На протяжении десятилетий первичные черные дыры считались потенциальным объяснением темной материи – гипотетической формы материи, которая не взаимодействует со светом или электромагнитным излучением.
|
|
|
|
С начала 20-го века существование темной материи предполагалось на основе наблюдаемых гравитационных эффектов, которые общая теория относительности не может объяснить. Однако истинная природа темной материи остается неуловимой, и ее еще предстоит непосредственно наблюдать.
|
|
|
|
В этом недавнем исследовании исследователи из Центра теоретической физики Массачусетского технологического института предполагают, что наблюдение за Марсом с целью обнаружения незначительных “колебаний” или возмущений на его орбите может стать ключом к доказательству существования первичных черных дыр и, наконец, к разгадке тайны темной материи.
|
|
|
|
По мнению исследователей, если бы первичная черная дыра прошла через Солнечную систему, она оказала бы гравитационное воздействие на планеты, вызвав незначительные изменения в их орбитальных траекториях.
|
|
|
|
Исследователи говорят, что, изучая эти аномалии, в частности, на орбите Марса, можно обнаружить первичные черные дыры и подтвердить их роль в качестве темной материи.
|
|
|
|
“Первичные черные дыры не существуют в Солнечной системе. Скорее всего, они движутся по Вселенной, занимаясь своими делами”, - сказала соавтор исследования доктор Сара Геллер. “И есть вероятность, что они проходят через внутреннюю часть Солнечной системы под определенным углом примерно раз в 10 лет”.
|
|
|
|
Идея основана на невероятной точности, с которой сегодня измеряются орбиты планет. Благодаря десятилетиям наблюдений, включая спутниковые данные и лазерные измерения, орбиты Марса и других планет нашей Солнечной системы нанесены на карту с поразительной точностью — с точностью до сантиметра.
|
|
|
|
Сравнивая эти измерения с данными, полученными в режиме реального времени с орбитальных и посадочных аппаратов на Марсе, ученые могут искать отклонения в движении планеты, которые известные гравитационные силы Солнца или других планет не могут объяснить.
|
|
|
|
По мнению исследователей, прохождение первичной черной дыры вызвало бы заметную вспышку на орбите Марса, которую могли бы зафиксировать современные технологии наблюдений. Они предлагают использовать данные текущих миссий, таких как марсианские орбитальные аппараты НАСА, которые более двух десятилетий точно измеряют положение планеты.
|
|
|
|
Исследователи говорят, что идея, лежащая в основе этого нового подхода к обнаружению первичных черных дыр, возникла из-за довольно безобидного вопроса.
|
|
|
|
“Кажется, кто-то спросил меня, что произойдет, если первичная черная дыра пройдет сквозь человеческое тело”, - вспоминает ведущий автор исследования Тун Тран.
|
|
|
|
Тран объяснил, что вероятность того, что первичная черная дыра пройдет где-либо рядом с человеком на Земле, “астрономически маловероятна”. Однако, согласно его расчетам, если бы черная дыра размером с один атом прошла в радиусе трех футов от кого-то, она приложила бы достаточную силу, чтобы оттолкнуть человека примерно на 20 футов всего за одну секунду.
|
|
|
|
Этот невероятный мысленный эксперимент вдохновил Трана и его коллег выдвинуть гипотезу о том, что проходящая мимо первичная черная дыра может оказывать заметное воздействие на более крупные небесные тела во Вселенной.
|
|
|
|
Чтобы подтвердить эту теорию, исследователи провели обширное моделирование, в ходе которого были смоделированы потенциальные последствия прохождения первичных черных дыр через Солнечную систему.
|
|
|
|
Целью этого моделирования было предсказать, как такие столкновения могут повлиять на орбиты планет, в частности Марса. Сравнив ожидаемые гравитационные возмущения, вызванные первичными черными дырами, с точными данными об орбите Марса, команда обнаружила, что такие аномалии действительно можно обнаружить с помощью современных технологий наблюдений или технологий ближайшего будущего.
|
|
|
|
“Современное моделирование Солнечной системы включает в себя более миллиона объектов, каждый из которых обладает крошечным остаточным эффектом”, - сказал соавтор и научный сотрудник Массачусетского технологического института доктор Бенджамин Леманн. “Но даже тщательно смоделировав два десятка объектов, мы смогли увидеть реальный эффект, в котором мы могли бы разобраться”.
|
|
|
|
С помощью моделирования исследователи обнаружили, что даже если бы первичная черная дыра пролетела на расстоянии нескольких сотен миллионов миль от Марса, это вызвало бы небольшое “колебание” или отклонение орбиты планеты. Через несколько лет после столкновения орбита Марса сместилась бы примерно на три фута. Хотя это изменение и невелико, оно было бы заметно с помощью высокоточных приборов, которые в настоящее время наблюдают за планетой.
|
|
|
|
Исследователи признали, что если бы было обнаружено колебание орбиты Марса, было бы важно определить, была ли аномалия вызвана первичной черной дырой или чем-то более знакомым, например астероидом.
|
|
|
|
“Нам нужно как можно больше ясности в отношении ожидаемых исходных данных, таких как типичные скорости и распределение скучных космических пород, в сравнении с этими первичными черными дырами”, - объяснил доктор Кайзер.
|
|
|
|
К счастью, астрономы десятилетиями отслеживают астероиды и другой космический мусор, предоставляя подробные данные об их траекториях. Сравнивая эти типичные траектории и скорости с особенностями поведения, ожидаемыми от прохождения первичной черной дыры, исследователи могут начать исключать более приземленные объяснения.
|
|
|
|
Для дальнейшего совершенствования своего анализа команда рассматривает возможность сотрудничества с экспертами, специализирующимися на моделировании более широкого спектра объектов в Солнечной системе. Это партнерство поможет обеспечить тщательное изучение любых наблюдаемых отклонений орбиты Марса с учетом всех возможных причин.
|
|
|
|
“Сейчас мы работаем над моделированием огромного количества объектов, от планет до лун и горных пород, и изучаем, как все они перемещаются в течение длительного времени”, - добавил доктор Геллер. “Мы хотим внедрить сценарии близкого столкновения и изучить их последствия с большей точностью”.
|
|
|
|
Этот новый подход может, наконец, предоставить долгожданные доказательства существования темной материи. Несмотря на десятилетия поисков, прямого обнаружения сделано не было, и ученые исследовали широкий спектр возможностей — от экзотических частиц до массивных астрономических объектов. Первичные черные дыры - интригующий кандидат, поскольку они согласуются с нашими представлениями о ранней Вселенной и природе темной материи.
|
|
|
|
Предыдущие методы поиска темной материи были сосредоточены на обнаружении слабо взаимодействующих частиц, известных как WIMP, которые были предсказаны теориями физики элементарных частиц. Однако пока ни в одном эксперименте не удалось обнаружить эти частицы, что заставляет ученых рассматривать альтернативные объяснения, такие как существование первичных черных дыр.
|
|
|
|
Преимущество предложения команды Массачусетского технологического института заключается в том, что оно использует существующие технологии. Поскольку точные данные об орбите Марса, накопленные за десятилетия, уже доступны, а текущие миссии продолжают собирать все больше данных, ученым, возможно, не придется запускать новые дорогостоящие миссии по поиску темной материи. Вместо этого ответ, возможно, уже скрывается в имеющихся у нас данных.
|
|
|
|
В случае успеха этот метод может открыть новые возможности для изучения Вселенной. Он не только предоставит прямые доказательства существования первичных черных дыр и их роли в образовании темной материи, но и позволит по-новому взглянуть на формирование Вселенной.
|
|
|
|
Считается, что первичные черные дыры образовались в очень ранней Вселенной, задолго до появления звезд и галактик. Их обнаружение помогло бы ученым понять, как устроена Вселенная в ее зачаточном состоянии.
|
|
|
|
Более того, обнаружение темной материи таким способом изменило бы космологию. Это подтвердило бы, что большая часть массы Вселенной состоит из черных дыр, которые были скрыты от нас миллиарды лет, что дает более простое объяснение темной материи, чем экзотические частицы, которые еще предстоит обнаружить.
|
|
|
|
В конечном счете, предстоит пройти еще долгий путь, прежде чем мы сможем окончательно заявить об открытии первичных черных дыр или темной материи. Однако это новое исследование Массачусетского технологического института открывает новое многообещающее направление и предполагает, что, заглянув на Марс, мы, возможно, наконец-то сможем разгадать одну из величайших тайн Вселенной.
|
|
|
|
Как заключают исследователи, “благодаря использованию многолетних данных высокоточного отслеживания, полученных в ходе различных программ наблюдения за Солнечной системой, в сочетании с опытом, уже имеющимся в сообществе специалистов по динамике Солнечной системы, интригующая возможность того, что DM [темная материя] состоит из PBH [первичных черных дыр], может вскоре быть исследована в окрестностях нашей Земли".— добавление новой стратегии поиска к десятилетиям усилий по прямому обнаружению, которые были направлены на поиск хорошо мотивированного кандидата в DM [темную материю]”.
|
|
|
|
Источник
|
